Procédé et dispositif d'élaboration d'un signal de consigne Method and device for generating a reference signal
Arrière-plan de l'invention Background of the invention
La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachînes. Elle s'applique de façon privilégiée mais non limitative au domaine de l'aéronautique. The present invention relates to the general field of turbomachines. It applies in a privileged but non-limiting way to the field of aeronautics.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif d'élaboration d'un signal de consigne destiné à être utilisé dans une boucle d'asservissement d'un dispositif de dosage de carburant d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur. Ce signal de consigne est typiquement un signal représentatif d'un débit de carburant massique devant être fourni par le dispositif de dosage à un système d'injection de carburant d'une chambre de combustion de la turbomachine. The invention more particularly relates to a method and a device for generating a setpoint signal for use in a control loop of a fuel metering device of a turbomachine, such as a turbojet engine. This setpoint signal is typically a signal representative of a mass fuel flow to be supplied by the metering device to a fuel injection system of a combustion chamber of the turbomachine.
De façon connue, le dispositif de dosage de carburant d'une turbomachine est muni d'un tiroir, aussi appelé vanne de dosage (FMV pour Fuel Metering Valve), dont la position est proportionnelle au débit de carburant devant être injecté dans la chambre de combustion, lorsque la différence de pression de part et d'autre du tiroir est maintenue constante. In known manner, the fuel metering device of a turbomachine is provided with a slide, also known as a metering valve (FMV for Fuel Metering Valve), whose position is proportional to the fuel flow rate to be injected into the fuel chamber. combustion, when the pressure difference across the spool is kept constant.
Une estimation du débit massique de carburant devant être injecté dans la chambre de combustion est évaluée par le calculateur de la turbomachine et fournie au dispositif de dosage sous la forme d'un signal de consigne. Une technique classiquement utilisée pour identifier la position du tiroir à partir de l'estimation du débit massique fournie par le calculateur est la suivante. An estimate of the mass flow rate of fuel to be injected into the combustion chamber is evaluated by the computer of the turbomachine and supplied to the metering device in the form of a reference signal. A technique conventionally used to identify the position of the drawer from the mass flow estimation provided by the computer is as follows.
En se déplaçant, le tiroir obstrue plus ou moins une section S de passage du carburant dans le dispositif de dosage. La section S est aussi appelée surface d'ouverture du dispositif de dosage et s'exprime aisément en fonction de la position du tiroir. In moving, the drawer more or less obstructs a section S of fuel passage in the metering device. The section S is also called the opening surface of the metering device and is easily expressed according to the position of the drawer.
De façon connue, cette surface S est proportionnelle au débit volumique de carburant. Celui-ci est obtenu en divisant le signal de consigne en débit massique fourni par le calculateur par la densité volumique du carburant circulant dans le dispositif de dosage. In known manner, this surface S is proportional to the volume flow rate of fuel. This is obtained by dividing the reference signal into the mass flow rate supplied by the computer by the density of the fuel circulating in the metering device.
La densité volumique du carburant est généralement supposée constante tout au long de la mission de la turbomachine, et prédéterminée.
Or, cette hypothèse ne tient pas compte d'un changement possible de la nature du carburant utilisé ou d'une variation de la température du carburant lors du fonctionnement de la turbomachine. Elle induit de ce fait des imprécisions dans l'évaluation de la position du tiroir du dispositif de dosage. The density of the fuel is generally assumed constant throughout the mission of the turbomachine, and predetermined. However, this assumption does not take into account a possible change in the nature of the fuel used or a change in the fuel temperature during operation of the turbomachine. It thus induces inaccuracies in the evaluation of the position of the slide of the metering device.
Il existe donc un besoin de disposer d'une technique permettant d'estimer précisément le dosage de carburant d'une turbomachine ne souffrant pas des inconvénients précités, et notamment d'élaborer un signal de consigne précis pour asservir le dispositif de dosage. There is therefore a need to have a technique for accurately estimating the fuel dosage of a turbomachine not suffering from the aforementioned drawbacks, and in particular to develop a precise setpoint signal for controlling the metering device.
Le document US 5,305,597 propose une méthode d'élaboration d'un signal de consigne d'un dispositif de dosage de carburant utilisant une mesure, délivrée par un débitmètre, du débit injecté dans la chambre de combustion. Cette mesure est utilisée pour estimer un signal de calibration proportionnel à la densité volumique instantanée du carburant. The document US Pat. No. 5,305,597 proposes a method for producing a reference signal of a fuel metering device using a measurement, delivered by a flowmeter, of the flow rate injected into the combustion chamber. This measurement is used to estimate a calibration signal proportional to the instantaneous density of the fuel.
Ce signal de calibration sert à ajuster le signal de consigne de débit massique évalué à partir de la position du tiroir du dispositif de dosage. Il est mis à jour lorsque l'on détermine, selon un critère prédéfini, que la mesure délivrée par le débitmètre est suffisamment précise, c'est- à-dire typiquement, lorsque le débit mesuré est assez important et varie peu. This calibration signal is used to adjust the mass flow rate command signal evaluated from the position of the metering device drawer. It is updated when it is determined, according to a predefined criterion, that the measurement delivered by the flowmeter is sufficiently accurate, that is to say typically, when the measured flow rate is rather high and varies little.
Objet et résumé de l'invention Object and summary of the invention
La présente invention propose une méthode alternative à la méthode décrite dans le document US 5,305,597, permettant d'améliorer la précision du dosage de carburant d'une turbomachine. The present invention provides an alternative method to the method described in US 5,305,597, for improving the accuracy of the fuel metering of a turbomachine.
Selon un premier aspect, l'invention vise un procédé d'élaboration d'un signal de consigne représentatif d'un débit de carburant devant être fourni par un dispositif de dosage de carburant à tiroir à un système d'injection de carburant d'une chambre de combustion d'une turbomachine, la position du tiroir du dispositif de dosage étant déterminée à partir du signal de consigne, ledit procédé comprenant : According to a first aspect, the invention relates to a method for producing a reference signal representative of a fuel flow to be provided by a spool fuel metering device to a fuel injection system of a fuel injection system. combustion chamber of a turbomachine, the position of the metering device slide being determined from the setpoint signal, said method comprising:
- une étape d'obtention d'un premier signal représentatif d'une mesure, délivrée par un débitmètre, d'un débit de carburant injecté dans la chambre de combustion ;
- une étape d'évaluation d'un deuxième signal représentatif du débit de carburant injecté dans la chambre de combustion, à partir d'une mesure de la position du tiroir du dispositif de dosage ; a step of obtaining a first signal representative of a measurement, delivered by a flowmeter, of a fuel flow injected into the combustion chamber; a step of evaluating a second signal representative of the fuel flow injected into the combustion chamber, from a measurement of the position of the slide of the metering device;
- une étape d'estimation d'un troisième signal représentatif de la mesure délivrée par le débitmètre en appliquant un modèle numérique du débitmètre sur le deuxième signal ; et a step of estimating a third signal representative of the measurement delivered by the flow meter by applying a digital model of the flowmeter to the second signal; and
- une étape d'élaboration du signal de consigne en ajoutant au premier signal un signal de compensation, ce signal de compensation étant obtenu par soustraction du troisième signal au deuxième signal, a step of generating the setpoint signal by adding a compensation signal to the first signal, this compensation signal being obtained by subtracting the third signal from the second signal,
Corrélativement, l'invention vise également un dispositif d'élaboration d'un signal de consigne représentatif d'un débit de carburant devant être fourni par un dispositif de dosage de carburant à tiroir à un système d'injection de carburant d'une chambre de combustion d'une turbomachine, la position du tiroir du dispositif de dosage étant déterminée à partir du signal de consigne, ledit dispositif comprenant : Correlatively, the invention also provides a device for generating a reference signal representative of a fuel flow to be provided by a spool fuel metering device to a fuel injection system of a fuel chamber. combustion of a turbomachine, the position of the slide of the metering device being determined from the setpoint signal, said device comprising:
- des moyens d'obtention d'un premier signal représentatif d'une mesure, délivrée par un débitmètre, d'un débit de carburant injecté dans la chambre de combustion ; means for obtaining a first signal representative of a measurement, delivered by a flowmeter, of a fuel flow injected into the combustion chamber;
- des moyens d'évaluation d'un deuxième signal représentatif du débit de carburant injecté dans la chambre de combustion à partir d'une mesure de la position du tiroir du dispositif de dosage ; - Means for evaluating a second signal representative of the fuel flow injected into the combustion chamber from a measurement of the position of the slide of the metering device;
- des moyens d'estimation d'un troisième signal représentatif de la mesure délivrée par le débitmètre en appliquant un modèle numérique du débitmètre sur le deuxième signal ; et means for estimating a third signal representative of the measurement delivered by the flow meter by applying a digital model of the flow meter to the second signal; and
- des moyens d'élaboration du signal de consigne en ajoutant au premier signal un signal de compensation, ce signal de compensation étant obtenu par soustraction du troisième signal au deuxième signal. means for generating the reference signal by adding a compensation signal to the first signal, this compensation signal being obtained by subtracting the third signal from the second signal.
L'invention propose ainsi de combiner deux signaux pour améliorer la précision du dosage du carburant d'une turbomachine, à savoir d'une part un signal élaboré à partir de la position du tiroir du dispositif de dosage (Le. signal utilisé classiquement pour la régulation du débit de carburant) et d'autre part un signal délivré par un débitmètre apte à mesurer le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion. Ce débitmètre est par exemple un débitmètre massique aussi connu sous le nom de WFM (Weight Flow Meter) tel qu'un couple mètre ou un débitmètre volumique, connus en soi. On choisira de préférence un
débitmètre capable de mesurer précisément la valeur absolue (i.e. valeur exacte) du débit de carburant le traversant, afin de compenser le manque de précision en valeur absolue du signal obtenu à partir de la position du tiroir du dispositif de dosage. The invention thus proposes to combine two signals to improve the accuracy of the metering of the fuel of a turbomachine, namely on the one hand a signal developed from the position of the slide of the metering device (The signal conventionally used for control of the fuel flow) and on the other hand a signal delivered by a flow meter able to measure the flow of fuel injected into the combustion chamber. This flow meter is for example a mass flow meter also known as the WFM (Weight Flow Meter) such as a pair meter or a volume flow meter, known per se. We will preferably choose a flowmeter capable of accurately measuring the absolute value (ie, exact value) of the fuel flow therethrough, to compensate for the lack of accuracy in the absolute value of the signal obtained from the position of the dosing device spool.
On notera en revanche qu'il n'est pas nécessaire que le débitmètre dispose d'une constante de temps faible. De façon connue en soi, la constante de temps d'un capteur caractérise son temps de réponse, c'est-à-dire son inertie. Cette inertie se traduit par un décalage temporel entre le moment où la mesure est réalisée par le capteur et le moment où celui-ci délivre un signal en réponse à cette mesure. Note however that it is not necessary that the flow meter has a low time constant. In a manner known per se, the time constant of a sensor characterizes its response time, that is to say its inertia. This inertia results in a time shift between the moment when the measurement is made by the sensor and the moment when it delivers a signal in response to this measurement.
En effet, le signal obtenu à partir de la position du tiroir du dispositif de dosage étant précis en valeurs relatives (i.e, il offre une représentation précise de la dynamique d'évolution du débit de carburant dans le temps), il permet avantageusement de compenser l'inertie du débitmètre. Indeed, the signal obtained from the position of the metering device slide being precise in relative values (ie, it offers an accurate representation of the evolution dynamics of the fuel flow over time), it advantageously makes it possible to compensate the inertia of the flowmeter.
L'invention permet ainsi de combiner les caractéristiques avantageuses des mesures issues du débitmètre et du dispositif de dosage. The invention thus makes it possible to combine the advantageous characteristics of the measurements from the flowmeter and the metering device.
Le débitmètre sera placé préférentiellement à proximité du tiroir du dispositif de dosage, en série avec celui-ci, de sorte que le débit de carburant traversant le tiroir du dispositif de dosage et le débit de carburant traversant le débitmètre soient sensiblement à la même température. On améliore ainsi la précision du signal de consigne élaboré selon l'invention. The flowmeter will preferably be placed near the metering device spool, in series with it, so that the fuel flow through the metering device spool and the fuel flow through the flow meter are at substantially the same temperature. This improves the accuracy of the setpoint signal developed according to the invention.
En variante, la différence de température pourra être intégrée dans le modèle numérique du débitmètre utilisé pour estimer le troisième signal. Alternatively, the temperature difference may be integrated into the digital model of the flow meter used to estimate the third signal.
L'utilisation du débitmètre conformément à l'invention introduit une redondance par rapport à la mesure réalisée par le dispositif de dosage, ce qui permet d'améliorer la précision du signal de consigne. Les contraintes en termes de précision du dispositif de dosage peuvent de ce fait être relâchées, conduisant ainsi à une réduction des coûts associés aux équipements embarqués dans la turbomachine. The use of the flow meter according to the invention introduces a redundancy with respect to the measurement made by the metering device, which improves the accuracy of the setpoint signal. The constraints in terms of accuracy of the metering device can therefore be released, thus leading to a reduction in costs associated with the equipment on board the turbomachine.
L'amélioration de la précision du signal de consigne, et de ce fait du dosage du carburant injecté dans la chambre de combustion, présente
divers avantages non négligeables. Pour un turboréacteur, ces avantages sont notamment ; The improvement of the precision of the reference signal, and therefore of the metering of the fuel injected into the combustion chamber, presents various non-negligible benefits. For a turbojet engine, these advantages are in particular;
- une conception du compresseur haute pression facilitée ; - a design of the high pressure compressor facilitated;
- une augmentation de la durée de vie du compresseur haute pression, et par ce biais de la plage d'utilisation du turboréacteur au regard des limites de pompage et d'extinction ; an increase in the service life of the high-pressure compressor, and thus the range of use of the turbojet engine with regard to the pumping and extinguishing limits;
- une utilisation du débitmètre pour la détection de perturbations en sortie du dispositif de dosage lié aux géométries variables non détectables par le dispositif de dosage ; - Use of the flow meter for detecting disturbances at the output of the metering device related to variable geometries not detectable by the metering device;
- un relâchement des contraintes de certification du dispositif de dosage ;a relaxation of the certification requirements of the dosing device;
- une amélioration du rendement du compresseur haute pression ; an improvement in the efficiency of the high-pressure compressor;
- etc. - etc.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention : In a particular embodiment of the invention:
- le premier signal présente des créneaux, et est filtré par un filtre numérique passe-bas apte à lisser ces créneaux avant d'être ajouté au signal de compensation ; et the first signal has slots, and is filtered by a low-pass digital filter capable of smoothing these slots before being added to the compensation signal; and
- le troisième signal est filtré par le filtre numérique passe-bas avant d'être soustrait au deuxième signal pour former le signal de compensation. the third signal is filtered by the low-pass digital filter before being subtracted from the second signal to form the compensation signal.
Corrélativement, dans ce mode de réalisation, le premier signal présente des créneaux, et le dispositif d'élaboration comporte en outre un premier filtre numérique passe-bas apte à lisser les créneaux du premier signal et un second filtre numérique similaire au premier filtre, le premier signal étant filtré par le premier filtre avant d'être ajouté au signal de compensation et le troisième signal étant filtré par le second filtre avant d'être soustrait au deuxième signal pour former le signal de compensation. Correlatively, in this embodiment, the first signal has slots, and the generating device further comprises a first low-pass digital filter capable of smoothing the slots of the first signal and a second digital filter similar to the first filter, the first signal being filtered by the first filter before being added to the compensation signal and the third signal being filtered by the second filter before being subtracted from the second signal to form the compensation signal.
L'invention permet ainsi de prendre en compte les particularités du débitmètre et notamment les caractéristiques du signal délivré par celui-ci, à savoir ici, sa forme en créneaux. Un couple-mètre est un exemple de débitmètre délivrant des signaux en créneaux. The invention thus makes it possible to take into account the peculiarities of the flowmeter and in particular the characteristics of the signal delivered by it, namely here, its crenellated form. A torque meter is an example of a flow meter delivering niche signals.
L'invention s'applique toutefois à d'autres types de signaux (et donc de débitmètres), moyennant l'utilisation d'un filtre numérique adapté à la forme de ces signaux. L'adaptation du filtre numérique à la forme des signaux ne présente en soi aucune difficulté pour l'homme du métier. The invention however applies to other types of signals (and therefore flowmeters), by means of the use of a digital filter adapted to the shape of these signals. The adaptation of the digital filter to the shape of the signals does not present in itself any difficulty for the skilled person.
On choisira la constante de temps du premier filtre numérique suffisamment élevée pour permettre le lissage des créneaux tout en
limitant les oscillations du signal résultant en sortie de filtrage. Le retard introduit par le premier filtre du fait de ce choix est compensé par l'invention en filtrant par un filtre similaire au premier filtre le troisième signal avant de le soustraire au deuxième signal pour former le signal de compensation. We will choose the time constant of the first digital filter high enough to allow the smoothing of the slots while limiting the oscillations of the resulting signal at the output of filtering. The delay introduced by the first filter due to this choice is compensated by the invention by filtering the third signal by a filter similar to the first filter before subtracting it from the second signal to form the compensation signal.
Selon un deuxième aspect, l'invention vise un procédé de fourniture d'un signal de consigne à un dispositif de dosage de carburant à tiroir d'une turbomachine, la position du tiroir du dispositif de dosage étant déterminée à partir du signal de consigne, ce procédé comprenant : - une étape d'élaboration d'un premier signal de consigne en utilisant un procédé d'élaboration conforme à l'invention ; According to a second aspect, the invention is directed to a method for supplying a setpoint signal to a spool valve fuel metering device of a turbomachine, the position of the metering device slide being determined from the setpoint signal, this method comprising: - a step of producing a first setpoint signal using a production method according to the invention;
- si ce premier signal de consigne est supérieur à un seuil prédéterminé, une étape de fourniture du premier signal de consigne au dispositif de dosage de carburant ; if this first setpoint signal is greater than a predetermined threshold, a step of supplying the first setpoint signal to the fuel metering device;
- sinon, une étape de fourniture au dispositif de dosage de carburant, d'un second signal de consigne obtenu à partir au moins du deuxième signal. - Otherwise, a step of supplying the fuel metering device, a second setpoint signal obtained from at least the second signal.
Corrélativement, l'invention vise également un système de fourniture d'un signal de consigne à un dispositif de dosage de carburant à tiroir d'une turbomachine, la position du tiroir du dispositif de dosage étant déterminée à partir du signal de consigne, ledit système comprenant ; Correlatively, the invention also relates to a system for supplying a reference signal to a spool valve fuel metering device of a turbomachine, the position of the metering device slide being determined from the setpoint signal, said system comprising;
- un dispositif d'élaboration d'un premier signal de consigne conforme à l'invention ; a device for producing a first setpoint signal according to the invention;
- des moyens de comparaison du premier signal de consigne avec un seuil prédéterminé ; means for comparing the first setpoint signal with a predetermined threshold;
- des moyens de fourniture au dispositif de dosage de carburant : - supply means to the fuel metering device:
o du premier signal de consigne si celui-ci est supérieur au seuil prédéterminé ; o the first setpoint signal if it is greater than the predetermined threshold;
o d'un second signal de consigne obtenu à partir au moins du deuxième signal, sinon. o a second setpoint signal obtained from at least the second signal, otherwise.
L'invention permet ainsi de compenser l'imprécision du débitmètre lorsque des débits de carburant trop faibles le traversent, en basculant sur un signal de consigne élaboré à partir notamment de la position du tiroir du dispositif de dosage.
A titre d'exemple, lorsque le premier signal de consigne est inférieur au seuil prédéterminé, le deuxième signal de consigne fourni au dispositif de dosage de carburant pourra résulter d'une combinaison du deuxième signal et du premier signal de consigne. The invention thus makes it possible to compensate for the imprecision of the flow meter when fuel flow rates that are too low pass through it, by switching to a setpoint signal developed in particular from the position of the slide of the metering device. By way of example, when the first setpoint signal is below the predetermined threshold, the second setpoint signal supplied to the fuel metering device may result from a combination of the second signal and the first setpoint signal.
Cette combinaison pourra être notamment une combinaison linéaire ou une combinaison plus complexe basée sur un polynôme. Préférentiellement, on choisira une combinaison permettant une transition progressive entre le deuxième signal de consigne et le premier signal de consigne en vue d'éviter un phénomène de pompage de la turbomachine, connu en soi. This combination may be in particular a linear combination or a more complex combination based on a polynomial. Preferentially, a combination will be chosen allowing a gradual transition between the second setpoint signal and the first setpoint signal in order to avoid a pumping phenomenon of the turbomachine, known per se.
Selon un troisième aspect, l'invention vise également une turbomachine comprenant un système de fourniture d'un signal de consigne à un dispositif de dosage de carburant à tiroir conforme à l'invention. According to a third aspect, the invention also relates to a turbomachine comprising a system for supplying a setpoint signal to a spool fuel metering device according to the invention.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment having no limiting character. In the figures:
- la figure 1 représente, de façon schématique, un système de fourniture d'un signal de consigne à un dispositif de dosage carburant d'une turbomachine conforme à l'invention, ainsi que les principales étapes d'un procédé de fourniture d'un signal de consigne conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ; FIG. 1 schematically represents a system for supplying a reference signal to a fuel metering device of a turbomachine according to the invention, as well as the main steps of a method for supplying a setpoint signal according to the invention, in a particular embodiment;
- la figure 2 représente un dispositif d'élaboration d'un signal de consigne conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation dans lequel il est intégré au système de fourniture représenté sur la figure 1, ainsi que les principales étapes d'un procédé d'élaboration d'un signal de consigne conforme à l'invention ; et FIG. 2 represents a device for producing a setpoint signal according to the invention, in a particular embodiment in which it is integrated in the supply system represented in FIG. 1, as well as the main steps of FIG. a method of producing a setpoint signal according to the invention; and
- la figure 3 représente un exemple de signal délivré par un débitmètre tel que celui utilisé dans le dispositif d'élaboration de la figure 2, ainsi que le signal obtenu après filtrage. Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure 1 représente, dans son environnement, un système 1 de fourniture d'un signal de consigne, à un dispositif 2 de dosage de carburant d'un turboréacteur propulsant un avion (non représenté), conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation. - Figure 3 shows an example of a signal delivered by a flow meter such as that used in the preparation device of Figure 2, and the signal obtained after filtering. Detailed description of an embodiment FIG. 1 represents, in its environment, a system 1 for supplying a setpoint signal, to a fuel metering device 2 of a turbojet engine propelling an aircraft (not represented), according to the invention, in a mode particular embodiment.
Cette hypothèse n'est toutefois pas limitative, l'invention s'appliquant également à d'autres turbomachines telles que par exemple à un turbopropulseur, ainsi qu'à d'autres types d'aéronef. This hypothesis is however not limiting, the invention also applies to other turbomachines such as for example a turboprop engine, as well as other types of aircraft.
De façon connue en soi, le dispositif 2 de dosage de carburant, aussi communément appelé « doseur », permet de régler la quantité de carburant venant du circuit carburant 3 de l'avion, fournie par le système d'injection de carburant 4 de la chambre de combustion du turboréacteur (non représentée). In a manner known per se, the fuel metering device 2, also commonly known as a "metering device", makes it possible to regulate the quantity of fuel coming from the fuel circuit 3 of the aircraft, supplied by the fuel injection system 4 of the combustion chamber of the turbojet engine (not shown).
A cette fin, le doseur 2 est muni d'un tiroir 2A ou vanne de dosage (FMV pour Fuel Metering Valve en anglais), dont la position varie en fonction du débit de carburant devant être injecté dans la chambre de combustion. En se déplaçant, le tiroir vient obstruer une section de passage du carburant, notée S, aussi appelée surface d'ouverture du dispositif de dosage. On notera que la relation entre la surface S et la position du tiroir est connue en soi et ne sera pas détaillée davantage ici. To this end, the metering unit 2 is provided with a 2A or metering valve (FMV for Fuel Metering Valve), the position of which varies according to the flow of fuel to be injected into the combustion chamber. Moving, the drawer clogs a fuel passage section, denoted S, also called the opening surface of the metering device. Note that the relationship between the surface S and the position of the drawer is known per se and will not be detailed further here.
La surface S est proportionnelle au débit volumique Qv de carburant injecté dans la chambre de combustion, i.e. : The surface S is proportional to the volume flow rate Qv of fuel injected into the combustion chamber, i.e.
Qv = KS AP Qv = KS AP
où K désigne une constante et ΔΡ la différence de pression dans le doseur 2 existant de part et d'autre du tiroir 2A. Cette différence de pression est maintenue constante grâce à une soupape régulatrice 2B, connue en soi. where K designates a constant and ΔΡ the pressure difference in the proportioner 2 existing on both sides of the drawer 2A. This pressure difference is kept constant thanks to a regulating valve 2B, known per se.
Le débit volumique Qv est obtenu en divisant le débit massique Qm par la densité volumique p du carburant circulant dans le dispositif de dosage. La densité volumique p est supposée ici constante. The volume flow rate Qv is obtained by dividing the mass flow rate Qm by the volume density p of the fuel flowing in the metering device. The density density p is assumed here constant.
Le débit massique Qm est transmis par le système 1 au doseur 2 sous la forme d'un signal de consigne C, via une boucle d'asservissement (non représentée). Le système 1 est intégré ici au calculateur du turboréacteur. The mass flow rate Qm is transmitted by the system 1 to the metering unit 2 in the form of a setpoint signal C, via a control loop (not shown). The system 1 is integrated here in the turbojet engine computer.
Conformément à l'invention, pour évaluer le signal de consigne C à fournir au doseur, le système de fourniture 1 procède en deux temps. According to the invention, in order to evaluate the setpoint signal C to be supplied to the metering device, the delivery system 1 proceeds in two stages.
Dans un premier temps, il évalue, à chaque instant d'échantillonnage, un premier signal de consigne Cl à l'aide d'une part,
d'une mesure M de la position du tiroir 2A délivré par un capteur de position 5, et d'autre part d'un signal de mesure SI du débit de carburant injecté dans la chambre de combustion délivré par un débitmètre massique 6. In a first step, it evaluates, at each sampling instant, a first setpoint signal C1 using, on the one hand, a measurement M of the position of the slide 2A delivered by a position sensor 5, and secondly of a measurement signal SI of the fuel flow injected into the combustion chamber delivered by a mass flow meter 6.
Le capteur de position 5 est par exemple un capteur LVDT The position sensor 5 is for example an LVDT sensor
(Linear Variable Differential Transformer), connu de l'homme du métier. La mesure M est alors transformée par un convertisseur 7, également connu, en un signal S2 représentatif d'un débit massique. (Linear Variable Differential Transformer), known to those skilled in the art. The measurement M is then converted by a converter 7, also known, into a signal S2 representative of a mass flow.
Les signaux SI et S2 constituent respectivement un premier signal et un deuxième signal au sens de l'invention. The signals S1 and S2 respectively constitute a first signal and a second signal within the meaning of the invention.
Le débitmètre massique 6 (ou WFM) a une constante de temps notée τ6. Il est placé ici en série par rapport au doseur 2, à proximité immédiate de celui-ci. De cette sorte, la température du carburant est sensiblement la même lorsqu'il traverse le doseur 2 et le débitmètre 6. Un débitmètre massique étant un équipement connu de l'homme du métier, son fonctionnement ne sera pas décrit plus en détails ici. The mass flow meter 6 (or WFM) has a time constant τ6. It is placed here in series with respect to the metering device 2, in the immediate vicinity thereof. In this way, the fuel temperature is substantially the same as it passes through the metering device 2 and the flow meter 6. A mass flow meter is an equipment known to those skilled in the art, its operation will not be described in more detail here.
Le signal de consigne Cl est élaboré à partir des signaux SI et S2 par un dispositif d'élaboration 8 du système 1, conforme à l'invention et décrit plus en détails ultérieurement en référence à la figure 2. The reference signal C1 is produced from the signals S1 and S2 by a processing device 8 of the system 1 according to the invention and described in more detail later with reference to FIG.
Dans un second temps, le système 1 détermine si le signal de consigne Cl est suffisamment précis pour être envoyé au doseur 2 via la boucle d'asservissement. En effet, en deçà d'un certain débit, en raison de son inertie, le débitmètre massique 6 est moins précis que le dispositif de dosage 2 pour évaluer le débit injecté dans la chambre de combustion. In a second step, the system 1 determines whether the reference signal C1 is sufficiently accurate to be sent to the metering device 2 via the servo loop. Indeed, below a certain flow rate, because of its inertia, the mass flowmeter 6 is less accurate than the metering device 2 for evaluating the flow rate injected into the combustion chamber.
Ainsi, le signal de consigne Cl est comparé à un seuil THR par- un comparateur 9 connu en soi. Le comparateur 9 émet ici un signal noté a au niveau haut (« 1 » numérique) si le signal Cl est supérieur au seuil THR, et un signal au niveau bas (« 0 » numérique) sinon. Thus, the reference signal C1 is compared with a THR threshold by a comparator 9 known per se. The comparator 9 emits here a signal denoted a high level ("1" digital) if the signal Cl is greater than the threshold THR, and a signal at the low level ("0" digital) otherwise.
Ce comparateur est destiné à détecter des débits de carburant faibles pour lesquels la précision du débitmètre 5 est insuffisante et ne permet pas d'obtenir une mesure fiable du débit massique injecté dans la chambre de combustion 4. Le seuil THR est prédéterminé (par exemple THR = 450 kg/h), et choisi en fonction de la précision et de la constante de temps du débitmètre 6. This comparator is intended to detect low fuel flow rates for which the accuracy of the flowmeter 5 is insufficient and does not provide a reliable measurement of the mass flow injected into the combustion chamber 4. The threshold THR is predetermined (for example THR = 450 kg / h), and chosen according to the accuracy and the time constant of the flow meter 6.
Dans l'exemple envisagé ici, si le signal a est égal à 1, le système 1 fournit au doseur comme signal de consigne C, le signal Cl
évalué par le dispositif 8. En revanche, si le signal est égal à 0, le système 1 fournit comme signal de consigne C le signal S2 délivré par le capteur de position 5 et le convertisseur 7. In the example envisaged here, if the signal a is equal to 1, the system 1 supplies to the metering device as a reference signal C the signal Cl evaluated by the device 8. On the other hand, if the signal is equal to 0, the system 1 supplies as signal C the signal S2 delivered by the position sensor 5 and the converter 7.
Cette opération est assurée ici par l'intermédiaire : This operation is provided here through:
- d'un élément soustracteur 10, adapté à soustraire le signal S2 au signal Cl ; a subtractor element 10 adapted to subtract the signal S2 from the signal C1;
d'un élément multiplicateur 11, adapté à multiplier le signal issu de l'élément soustracteur par le signal a ; et a multiplier element 11, adapted to multiply the signal from the subtractor element by the signal a; and
- d'un élément additionneur 12, adapté à additionner le signal S2 au signal issu de l'élément multiplicateur 1 1. - An adder element 12, adapted to add the signal S2 to the signal from the multiplier element 1 1.
On notera que dans l'exemple envisagé ici, le signal de consigne C fourni par le système 1 est soit le signal de consigne Cl élaboré par le dispositif 8, soit le signal S2. En variante, une combinaison des signaux S2 et Cl peut être fournie comme signal de consigne C au doseur 2 par le système 1. It should be noted that in the example envisaged here, the setpoint signal C supplied by the system 1 is either the reference signal C1 produced by the device 8 or the signal S2. As a variant, a combination of the signals S2 and C1 can be provided as a reference signal C to the metering device 2 by the system 1.
Il peut s'agir notamment d'une combinaison linéaire des signaux Cl et S2, Pour ce faire, le comparateur 9 peut par exemple délivrer un signal a. réel, dont la valeur dépend de la différence entre le signal Cl et le seuil THR. De cette sorte on atteint une transition progressive du signal S2 issu du convertisseur 7 vers le signal Cl élaboré par le dispositif 8, à mesure que le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion augmente. This may be in particular a linear combination of the signals C1 and S2. To do this, the comparator 9 may, for example, deliver a signal a. real value, whose value depends on the difference between the signal Cl and the threshold THR. In this way, a progressive transition of the signal S2 from the converter 7 to the signal C1 produced by the device 8 is achieved as the fuel flow injected into the combustion chamber increases.
En variante, d'autres dispositifs peuvent être utilisés pour pondérer la combinaison des signaux Cl et S2, comme par exemple un filtre d'ordre supérieur à 1. Alternatively, other devices may be used to weight the combination of signals C1 and S2, such as a filter of order greater than 1.
Nous allons maintenant décrire, en référence à la figure 2, les principales étapes mises en œuvre par le dispositif 8 et conduisant à l'élaboration du signal de consigne Cl. We will now describe, with reference to Figure 2, the main steps implemented by the device 8 and leading to the development of the reference signal Cl.
Comme mentionné précédemment, conformément à l'invention, le dispositif 8 utilise pour élaborer le signal de consigne Cl d'une part le signal SI délivré par le débitmètre, et d'autre part le signal 52 délivré par le convertisseur 7 et évalué à partir de la position M du tiroir 2A. As previously mentioned, according to the invention, the device 8 uses, in order to produce the setpoint signal C1, on the one hand, the signal S S delivered by the flow meter, and, on the other hand, the signal 52 delivered by the converter 7 and evaluated from from the position M of the drawer 2A.
Le signal SI délivré par le débitmètre 6 a ici une forme en créneaux, comme illustré à titre indicatif sur la figure 3. The signal SI delivered by the flowmeter 6 here has a crenellated form, as illustrated for information in FIG.
Pour permettre son exploitation dans l'élaboration du signal de consigne Cl, le signal Si est filtré par un filtre numérique passe-bas 8A,
adapté à lisser le signal SI, autrement dit à supprimer les créneaux. Sa constante de temps τ est choisie à cette fin suffisamment élevée. Elle est déterminée de façon expérimentale : on choisira la plus petite constante de temps permettant d'obtenir un signal lissé après filtrage (préférentiellement inférieure à 1000s). On notera qu'une constante de temps trop élevée, bien que n'ayant aucune influence sur la stabilité du système, pourra fausser la valeur du signal de consigne Cl en le faisant converger vers la valeur du signal S2. To allow its exploitation in the development of the set signal Cl, the signal Si is filtered by a low-pass digital filter 8A, adapted to smooth the SI signal, ie to delete the slots. Its time constant τ is chosen for this purpose sufficiently high. It is determined experimentally: we will choose the smallest time constant to obtain a smoothed signal after filtering (preferentially less than 1000s). It will be noted that a time constant that is too high, although having no influence on the stability of the system, can distort the value of the reference signal C1 by converging it towards the value of the signal S2.
On note SI' le signal obtenu en sortie du filtre 8A. SI 'is the signal obtained at the output of the filter 8A.
La figure 3 illustre à titre indicatif le signal SI' obtenu après filtrage du signal SI représenté sur cette même figure, à l'aide d'un filtre numérique passe-bas choisi de sorte à supprimer les créneaux du signal SI. FIG. 3 illustrates, as an indication, the signal S1 'obtained after filtering the signal S1 represented on this same figure, with the aid of a low-pass digital filter chosen so as to eliminate the slots of the signal S1.
En parallèle du traitement appliqué au signal SI, le signal S2 est fourni en entrée d'un module de modélisation numérique 8B. Le module 8B est adapté à modéliser le débit de carburant théoriquement mesuré par le débitmètre 6 lorsqu'un débit de carburant caractérisé par le signal S2 le traverse. On note S3 le signal modélisé par le module 8B et représentatif du débit de carburant mesuré par le débitmètre 6. In parallel with the processing applied to the signal S1, the signal S2 is supplied at the input of a digital modeling module 8B. The module 8B is adapted to model the fuel flow theoretically measured by the flow meter 6 when a fuel flow characterized by the signal S2 passes through it. S3 is the signal modulated by the module 8B and representative of the fuel flow rate measured by the flow meter 6.
Le module 8B s'appuie sur un modèle numérique des éléments mécaniques du débitmètre 6 et prend en compte notamment sa constante de temps x6. La constante de temps x6 est supposée ici constante, égale à la constante de temps fournie par le fabricant du débitmètre. On notera qu'un tel modèle numérique est connu en soi et ne sera pas décrit plus en détails ici. The module 8B is based on a numerical model of the mechanical elements of the flow meter 6 and takes into account in particular its time constant x6. The time constant x6 is assumed here constant, equal to the time constant provided by the flowmeter manufacturer. Note that such a digital model is known per se and will not be described in more detail here.
Le module 8B modélisant le débitmètre 6, il s'ensuit que le signal modélisé S3 est aussi, de façon similaire au signal SI, un signal en créneaux. Since the module 8B models the flowmeter 6, it follows that the modeled signal S3 is also, in a similar way to the signal S1, a square-wave signal.
Il est donc fourni à un filtre numérique passe-bas 8C, similaire au filtre numérique 8A (et notamment de même constante de temps x) afin d'être lissé. Dans l'exemple décrit ici, les filtres 8A et 8C sont identiques. It is therefore provided to a low-pass digital filter 8C, similar to the digital filter 8A (and in particular of the same time constant x) in order to be smoothed. In the example described here, the filters 8A and 8C are identical.
Le signal S3' lissé obtenu en sortie du filtre 8C est alors fourni à un élément soustracteur 8D, adapté à soustraire le signal S3' au signal S2. The smoothed signal S3 'obtained at the output of the filter 8C is then supplied to a subtractor element 8D adapted to subtract the signal S3' from the signal S2.
Le signal S4 résultant de cette soustraction est alors ajouté, à l'aide d'un élément additionneur 8E, au signal SI' issu du filtre 8A pour
former le signal de consigne Cl. Le signal S4 est un signal de compensation au sens de l'invention.
The signal S4 resulting from this subtraction is then added, with the aid of an adder element 8E, to the signal SI 'coming from the filter 8A for forming the reference signal C1. The signal S4 is a compensation signal within the meaning of the invention.